CN105378320A - 用于双向离合器的电磁促动器 - Google Patents

Abstract

一种双向离合器(10),具有围绕转动轴线(36)布置的内构件(22)和外构件(24)。一个或多个棘爪(28)联接至构件(22、24)中的一个构件，并被构造成用以围绕单独的转动轴线(66)转动。每个棘爪(28)的一个端部在与另一个构件中的相应接合表面(62、64)接合的第一接合位置和第二接合位置之间以及与另一个构件脱离接合以允许内构件(22)和外构件(24)相对转动的脱离接合位置之间运动。在每个棘爪(28)的相对端部处设置有一对磁体(30A、30B)，这一对磁体中的每个磁体(30A、30B)限定出邻近棘爪(28)的端部的磁极，磁极具有相反的极性。电磁促动器(32)选择性地产生具有不同极性的电磁场以驱策棘爪(28)离开脱离接合位置至一个接合位置以使得另一个构件(22、24)围绕相应的转动方向转动。

Description

用于双向离合器的电磁促动器

技术领域

本发明涉及双向离合器。具体而言，本发明所涉及的离合器结构使得该离合器能够以相对于传统离合器而言相对地更少的部件和部件之间更少的物理接触来实现离合器的接合。

背景技术

在许多应用场合会用到离合器让驱动装置(例如马达之类)与从动装置(例如传送器或者用于软管或者线缆的卷轴)接合和脱离接合。离合器接合和/或脱离接合可以通过机械、流体或者电磁促动或者甚至靠使用者手动地实现。靠机械促动的一种传统离合器是棘轮和棘爪离合器。在这种离合器中，棘爪常通过弹簧加载或者通过离心力与形成在离合器构件其中之一的表面内的凹槽接合。在美国公开号2013-0248313中披露了一种改进的棘爪离合器，其中促动器或者拉杆包括多个柄脚，这些柄脚在离合器构件相对转动时接合离合器中的棘爪，以便使棘爪运动进入接合位置中并在离合器构件之间传递扭矩。所披露的离合器显著地改进了传统离合器。然而，促动器和棘爪之间的接触会在促动器和棘爪之间的接合点处产生热和磨损碎屑。

本发明的发明者已发现，需要有将会最小化和/或消除一个或者多个上述缺陷的双向离合器。

发明内容

本发明披露了一种改进的双向离合器。具体而言，本发明披露了一种双向离合器，该双向离合器能够以相对于传统离合器而言相对地更少的部件和部件之间更少的物理接触来实现离合器的接合。

根据本发明一个实施例的双向离合器包括：内构件，该内构件围绕第一转动轴线布置；和外构件，该外构件围绕第一转动轴线沿径向布置在内构件外侧。该离合器还包括联接至内外构件中的一个构件的棘爪。该棘爪具有第一端部和第二端部，并且该棘爪被构造成围绕第二转动轴线转动，使得棘爪的第一端部能够在第一接合位置、第二接合位置以及脱离接合位置之间运动，在所述第一接合位置中，棘爪的的第一端部与内外构件中的另一个构件中的第一棘爪接合表面接合，在所述第二接合位置中，棘爪的第一端部与所述另一个构件中的第二棘爪接合表面接合，在所述脱离接合位置中，所述棘爪的第一端部与所述另一个构件脱离接合以允许内外构件之间的相对转动。离合器还包括一对设置在棘爪的第二端部处的一对磁体。这对磁体中的每个磁体限定出邻近棘爪第二端部的磁极。这对磁体的磁极具有相对的极性。离合器还包括电磁促动器，该电磁促动器被构造成选择性地产生具有第一极性的第一电磁场和具有与第一极性相反的第二极性的第二电磁场。第一电磁场迫使棘爪从脱离接合位置离开至第一接合位置以使所述另一个构件沿着第一转动方向转动，第二电磁场迫使棘爪从脱离接合位置离开至第二接合位置以使得所述另一个构件沿着与所述第一转动方向相反的第二转动方向转动。

根据本发明另一个实施例的双向离合器包括围绕第一转动轴线布置的内构件和围绕所述第一转动轴线沿径向布置在所述内构件外侧的外构件。该离合器还包括联接至内外构件中的一个构件的第一棘爪。该第一棘爪具有第一端部和第二端部，并且该第一棘爪被构造成围绕第二转动轴线转动，使得第一棘爪的第一端部在第一接合位置、第二接合位置和脱离接合位置之间运动，在所述第一接合位置中，第一棘爪的第一端部与内外构件中的另一个构件中的第一棘爪接合表面接合，在所述第二接合位置中，第一棘爪的第一端部与所述另一个构件中的第二棘爪接合表面接合，在所述脱离接合位置中，第一棘爪的第一端部与所述另一个构件脱离接合以允许内外构件的相对转动。该离合器还包括一对布置在棘爪的第二端部处的第一对磁体。这对磁体中的每一个磁体限定出邻近棘爪第二端部的磁极。第一对磁体的磁极具有相反的极性。离合器还包括联接至所述另一个构件的第二棘爪。该第二棘爪具有第一端部和第二端部，并且该第二棘爪被构造成用以围绕第三转动轴线转动，从而第二棘爪的第一端部能够在第一接合位置、第二接合位置和脱离接合位置之间运动，在所述第一接合位置中，第二棘爪的的第一端部与所述另一个构件中的第三棘爪接合表面接合，在所述第二接合位置中，第二棘爪的第一端部与所述另一个构件中的第四棘爪接合表面接合，在所述脱离接合位置中，第二棘爪的的第一端部与所述另一个构件脱离接合以允许内外构件之间的相对转动。该离合器还包括布置在第二棘爪的第二端部处的第二对磁体。第二对磁体中的每个磁体限定出邻近第二棘爪的第二端部的磁极。第二对磁体的磁极具有相反的极性。离合器还包括电磁促动器，该电磁促动器被构造成选择性地产生具有第一极性的第一电磁场和具有与第一极性相反的第二极性的第二电磁场。第一电磁场迫使第一棘爪和第二棘爪离开脱离接合位置至第一接合位置以驱动所述另一个构件沿着第一转动方向转动，第二电磁场迫使第一第二棘爪离开脱离接合位置至第二接合位置以驱动所述另一个构件沿着与第一方向相反的第二方向转动。

根据本发明的双向离合器相对于传统离合器是有利的，因为器具有比传统离合器相对地更少的部件和因此更低的复杂性和更低的成本。本发明离合器的有利之处还在于，在没有物理性地接触棘爪的情况下控制离合器中的棘爪运动，从而减少了离合器中的热生成和接触部件之间因磨损而产生的碎屑。

本发明的前述和其它方面、特征、细节内容、实用性和优点将从阅读以下描述和权利要求书和参见附图中变得显然。

附图说明

图1是结合有根据本发明技术教导的离合器的系统的原理性视图。

图2是根据本发明技术教导的离合器的分解视图。

图3是图2的离合器的横截面视图。

图4是沿着图3的线4-4截取的图2和图3的离合器的横截面视图，器示出了离合器的脱离接合。

图5是图2-图4的离合器的横截面视图，示出了离合器的接合。

具体实施方式

参见附图，在各个视图中相同的附图标记用于指代相同的组成部件，图1示出了动力生成和传输系统10。该系统10包括驱动装置12，用于产生驱动从动装置14的动力。驱动装置12可以包括传统的马达，例如包括电马达、液压马达或者气动马达。装置12还包括传统齿轮箱或者减速器(其可以与马达结合以形成传统的齿轮马达)以控制传送给从动装置14的输出速度和扭矩。装置12可以经由输出构件16(诸如轴或者另一个转动体例如齿轮、皮带或者链轮之类)输出转动扭矩。从动装置14例如可以包括传送器或者安装有软管、电缆或者钢缆的卷轴。应当理解的是，装置14的形式将取决于应用场合，并且装置14可以包括各式各样的被构造成接收输入扭矩的装置。装置14可以通过输入构件18(诸如轴或者另一转动体例如齿轮、皮带或者链轮之类)输入转动扭矩。系统10还包括根据本发明的离合器20。该离合器20选择性地联接装置12、14以向装置14提供来自装置12的扭矩输出。具体而言，离合器20从装置12的输出构件16接收扭矩，并将扭矩选择性地传送给装置14的构件18。应当理解的是，输出构件16可以形成在装置12或者离合器20中，并且类似地，输入构件18可以形成在装置14中或者离合器20中。

现参见图2-图4，其示出了根据本发明的离合器20的一个实施例。离合器20包括双向离合器，尤其是双向超速离合器。超速离合器是一种被设计成沿一个方向驱动同时沿相反的方向空转(freewheel)或者超速的离合器。在驱动方向中，如果从动装置的转动速度超过驱动装置的转动速度，离合器也空转。双向超速离合器能够沿着两个方向驱动和超速。超速离合器的一个优势在于，其在停止时允许大量惰性负载溢出，并防止可能会对驱动装置12造成的后驱动损害。离合器20可以包括内构件22、外构件24、安装销26、棘爪28、磁体30和电磁促动器32。

内构件22被构造成用以接收来自驱动装置12的输出构件16的输入扭矩，该输入扭矩会被选择性地传送给离合器20的外构件24，如下文将更加详细地描述。构件22具有环形构造，并能够被构造成接收从装置12延伸或者延伸至装置12的轴(未示出)，该轴可以包括输入构件16或者可以联接至输入构件16。参见图2，构件22可以限定出键槽34或者键，其被构造成用以分别接合在轴中的匹配的键或者键槽，从而将构件22联接至轴以围绕转动轴线36转动(图3)。参见图3，构件22的径向向外表面的直径可以变化。在每个轴向端部处，构件22的直径大小可以被设定成分别用以被接纳在构件24内和用以支撑促动器32。在构件22的轴向端部之间，构件22可以形成棘爪外壳或者安装结构38。外壳38可以包括一对径向向外延伸的、沿轴向间隔开的凸缘40、42。形成在外壳38中的凸缘40、42以及轴向延伸的壁44形成了周向凹陷部46，该周向凹陷部被构造成用以接收棘爪28。参见图4，外壳38可以限定出在壁44中的多个径向延伸的凹陷部48，这些凹陷部被构造成用以接收磁体30。再次参见图3，每个凸缘40、42可以分别限定出多个沿轴向延伸的孔50、52，这些孔围绕凸缘40、42沿周向地等距间隔开。每个孔50可以与相应的孔52沿轴向对准。孔50、52被构造成用以接收经凹陷部44和相应棘爪28延伸的安装销26的相对纵向端部。

外构件24被构造成用以将扭矩传送给从动装置14。构件24具有环形构造，并围绕轴线36沿径向布置在内构件22之外。构件24的内直径沿着其轴向长度变化。具体而言，构件24可以限定出在构件24的一个轴向或者纵向端部处的直径减小的部分54，其被构造成用以被接收在内构件22的轴向端部部分上。在构件24的部分54与构件22之间可以布置有润滑剂薄层。或者，在构件22、24之间可以设有轴承(例如套筒轴承或者滚柱轴承)。部分54可以限定出多个轴向延伸的、沿周向定位的洞56，洞56被构造成用以接收销或者其它紧固件(未示出)，构件24可以经所述销或者其它紧固件联接至输入构件18。然而，将理解的是，构件24可以以各种方式联接至输入构件18。构件24可以限定出在构件24的另一个轴向或者纵向端部处的直径增大的部分58，该部分58的尺寸被设定成用以接收构件22的棘爪外壳38。参见图4-图5，构件24的部分58限定出形成在部分58的径向内表面中的多个凹陷部60。凹陷部60可以围绕构件58沿周向等距间隔开，并且凹陷部60的数量可以对应于棘爪28的数量(即，凹陷部60的数量可以等于棘爪28的数量)。每个凹陷部60限定出一对棘爪接合表面62、64。在所示实施例中，凹陷部60大体上呈梯形形状，并且其表面62、64与凹陷部60的径向底部成钝角，从而凹陷部60沿着径向向外的方向变窄或者渐缩。然而，应当理解的是，凹陷部60以及表面62、64的形状和取向与棘爪28的形状和取向互补，因此可以根据棘爪28的形状和取向变化。

安装销26用于将棘爪28安装至构件22并尤其是安装至构件22的棘爪外壳38。参见图3，销26的纵向端部被构造成被接收在外壳38的凸缘40、42中的凹陷部50、52内，并且销26还被构造成延伸穿过棘爪28中形成的相应的洞。每个销26限定出轴线66和用于相应的销28围绕轴线66枢转的枢转点，如下文将更加详细描述的。

棘爪28被设置用于接合外构件24中的棘爪接合表面62、64，以便将扭矩从内构件22传递给外构件24。每个棘爪28被支撑在安装销26上，并围绕经销26延伸的转动轴线66枢转。参见图4-图5，每个销28的横截面具有T形形状，并包括径向延伸的茎部68和与茎部68的一个端部联接的、周向延伸的臂部70。在所示实施例中，臂部70联接至茎部68的径向外端部，并形成棘爪28的径向向外端部。然而，应当理解的是，离合器20可以备选地被构造成将输出构件24的扭矩传送给输入构件22，此时棘爪接合表面形成在构件22的径向外表面上，棘爪28和磁体30支撑在构件24上，并且棘爪28的臂部70联接至茎部68的径向内端部并形成棘爪28的径向向内端部。茎部68被构造成被接收在棘爪外壳38中的凹陷部44内。茎部68限定出介于茎部68的径向内端部和径向外端部之间的沿轴向延伸的洞，该洞被构造成用以接收安装销26。臂部70在臂部70的周向端部之间联接至茎部68。臂部70限定出在该臂部70的相对周向端部处的离合器接合表面72、74。离合器接合表面72、74被构造成用以分别接合凹陷部60中的棘爪接合表面62、64以提供双向离合器接合。应当理解的是，表面72、74的形状和取向要与表面72、74的形状和取向互补，因此是可以变化的。

磁体30被设置用于驱策棘爪28至允许构件22、24相对转动的脱离接合位置。磁体30布置在内构件22中的凹陷部48内。磁体30可以成对地设置在棘爪28并尤其是棘爪28的茎部68的径向内端部处。参见图4，每一对中的两个磁体30A、30B可以整个地或者部分地布置在平面76的各侧上并与可以该平面等距，该平面延伸穿过轴线36和棘爪28绕其转动的轴线66。成对磁体中的每个磁体30A、30B限定出邻近棘爪28的径向内端部的磁极。每一对磁体中的两个磁体的磁极具有相反的极性并与茎部68建立起磁性回路，该磁性回路在没有外力的作用下将茎部68保持在大致平行于平面76延伸的位置中，并由此将棘爪28的臂部70保持在与构件24脱离接合的位置中。

促动器32被设置用于建立电磁场以调整棘爪28与磁体30A、30B之间的磁性回路，并驱策棘爪28与构件24接合。在图3所示的实施例中，促动器32包括外壳78和线圈80。然而，应当理解的是，促动器32可以以各种方式形成，只要促动器32能够生成可以调整棘爪28与磁体30A、30B之间的磁性回路的电磁场。

外壳78可以具有环形形状，并可以围绕轴线36居中。外壳78可以限定出在外壳78的一个轴向或者纵向端部处的沿径向向外延伸的凸缘82，该凸缘具有多个沿轴向延伸的、沿周向间隔开的洞84，这些洞被构造成用以接收紧固件(未示出)，以便将促动器32安装至静止位置。外壳78可以进一步限定出在外壳78的相对的轴向或者周向端部中的周向凹陷部86，其凹陷部被构造成用以接收线圈80。

线圈80可以包括缠绕的线圈，并可以布置在外壳78的凹陷部86内。线圈80可以经由表面的末端连接器(未示出)连接至外部电源(未示出)。线圈80可以连接至可以选择性地作为正极或者负极施加的直流电压或者交流电压，以产生期望的磁场。电压可以利用传统的开关控制。电流可以经线圈80沿相反的方向行进以产生具有不同极性的电磁场。这些电磁场用于调整棘爪28与磁体30A、30B之间的磁性回路以驱策棘爪28进入与构件24接合的一个或者多个接合位置并沿着各转动方向驱动构件24。让电流沿一个方向通过线圈80建立起正电压和具有正极性的电磁场。参见图5，正极性场将抵消每个磁体对中的一个磁体30B的磁场并加强每个磁体对中的另一个磁体30A的磁场。所产生的磁性回路将使得棘爪28的茎部68的径向向内端部朝着磁体30A吸引，并且加强的磁场使得棘爪28围绕轴线66转动并使得离合器接合表面72与构件24中的棘爪接合表面62接合，从而沿一个转动方向驱动构件24。使得电流沿着相反的方向通过线圈80将建立起负电压和具有负极性的电磁场。负极性场将抵消每个磁体对中的磁体30A的磁场并加强每个磁体对中的另一个磁体30B的磁场。所产生的磁性回路将使得棘爪28的茎部68的径向向内端部朝着磁体30B吸引，并且加强的磁场使得棘爪28围绕轴线66转动并使得离合器接合表面74与构件24中的棘爪接合表面64接合，从而沿相反的转动方向驱动构件24。

根据本发明的双向离合器20相对于传统离合器是有利的，因为其具有比传统离合器更少的部件、更低的复杂性和更低的成本。离合器20还有利的是，在没有物理性地接触棘爪28的情况下控制离合器20中的棘爪28运动，从而减少了离合器20中的热生成和接触部件之间因磨损而产生的碎屑。

虽然已经参照本发明的一个或者多个特定实施例示出并描述了本发明，本领域技术人员应该理解的是，可以在不脱离本发明精神和范围的情况下对本发明进行改变和修改。

Claims (16)

1.一种双向离合器，包括：

内构件，该内构件围绕第一转动轴线布置；

外构件，该外构件围绕所述第一转动轴线沿径向布置在所述内构件之外；

第一棘爪，该第一棘爪联接至所述内构件和所述外构件中的一个构件，所述第一棘爪具有第一端部和第二端部，并且所述第一棘爪被构造成用以围绕第二转动轴线转动，使得所述第一棘爪的第一端部在第一接合位置、第二接合位置和脱离接合位置之间运动，在所述第一接合位置中所述第一棘爪的第一端部与所述内构件和所述外构件中的另一个构件中的第一棘爪接合表面接合，在所述第二接合位置中，所述第一棘爪的第一端部与所述另一个构件中的第二棘爪接合表面接合，在所述脱离接合位置中所述第一棘爪的第一端部与所述另一个构件脱离接合以允许所述内构件和所述外构件的相对转动；

第一对磁体，所述第一对磁体布置在所述第一棘爪的第二端部处，所述第一对磁体中的每个磁体限定出邻近所述第一棘爪的第二端部的磁极，所述第一对磁体中的磁极具有相反的极性；和

电磁促动器，该电磁促动器被构造成选择性地产生具有第一极性的第一电磁场和具有与所述第一极性相反的第二极性的第二电磁场，

其中，所述第一电磁场驱策所述第一棘爪离开所述脱离接合位置至所述第一接合位置以使得所述另一个构件沿着第一转动方向转动，所述第二电磁场驱策所述第一棘爪离开所述脱离接合位置至所述第二接合位置以使得所述另一个构件沿着与所述第一方向相反的第二转动方向转动。

2.根据权利要求1所述的双向离合器，其中，所述内构件联接至驱动装置，所述外构件联接至从动装置。

3.根据权利要求1所述的双向离合器，其中，所述外构件联接至驱动装置，所述内构件联接至从动装置。

4.根据权利要求1所述的双向离合器，还包括安装销，该安装销从所述一个构件延伸并支撑所述第一棘爪，所述安装销限定出所述第一棘爪围绕所述第二转动轴线枢转的枢转点。

5.根据权利要求1所述的双向离合器，其中，所述第一棘爪包括：

沿径向延伸的茎部；和

沿周向延伸的臂部，该臂部在所述第一棘爪的第一端部处联接至所述茎部。

6.根据权利要求5所述的双向离合器，还包括安装销，该安装销从所述一个构件在所述茎部的径向内端部和径向外端部之间延伸经过所述茎部，所述安装销限定出所述第一棘爪围绕所述第二转动轴线枢转的枢转点。

7.根据权利要求5所述的双向离合器，其中，所述臂部限定出在所述臂部的相对周向端部处的第一离合器接合表面和第二离合器接合表面，所述第一离合器接合表面被构造成用以接合所述另一个构件中的所述第一棘爪接合表面，并且所述第二离合器接合表面被构造成用以接合所述另一个构件中的所述第二棘爪接合表面。

8.根据权利要求1所述的双向离合器，其中，所述电磁促动器与所述第一对磁体沿轴向对准。

9.一种双向离合器，包括：

内构件，该内构件围绕第一转动轴线布置；

外构件，该外构件围绕所述第一转动轴线沿径向布置在所述内构件之外；

第一棘爪，该第一棘爪联接至所述内构件和所述外构件中的一个构件，所述第一棘爪具有第一端部和第二端部，并且所述第一棘爪被构造成用以围绕第二转动轴线转动，使得所述第一棘爪的第一端部在第一接合位置、第二接合位置和脱离接合位置之间运动，在所述第一接合位置中所述第一棘爪的第一端部与所述内构件和所述外构件中的另一个构件中的第一棘爪接合表面接合，在所述第二接合位置中，所述第一棘爪的第一端部与所述另一个构件中的第二棘爪接合表面接合，在所述脱离接合位置中所述第一棘爪的第一端部与所述另一个构件脱离接合以允许所述内构件和所述外构件的相对转动；

第一对磁体，所述第一对磁体布置在所述第一棘爪的第二端部处，所述第一对磁体中的每个磁体限定出邻近所述第一棘爪的第二端部的磁极，所述第一对磁体中的磁极具有相反的极性；

第二棘爪，该第二棘爪联接至所述一个构件，所述第二棘爪具有第一端部和第二端部，并且所述第二棘爪被构造成用以围绕第三转动轴线转动，使得所述第二棘爪的第一端部能够在第一接合位置、第二接合位置和脱离接合位置之间运动，在所述第一接合位置中所述第二棘爪的第一端部与所述另一个构件中的第三棘爪接合表面接合，在所述第二接合位置中所述第二棘爪的第一端部与所述另一个构件的第四棘爪接合表面接合，在所述脱离接合位置中所述第二棘爪的第一端部与所述另一个构件脱离接合以允许所述内构件和所述外构件之间的相对转动；

第二对磁体，所述第二对磁体布置在所述第二棘爪的第二端部处，所述第二对磁体中的每个磁体限定出邻近所述第二棘爪的第二端部的磁极，所述第二对磁体的磁极具有相反的极性；和

电磁促动器，该电磁促动器被构造成选择性地产生具有第一极性的第一电磁场和具有与所述第一极性相反的第二极性的第二电磁场，

其中，所述第一电磁场驱策所述第一棘爪和所述第二棘爪离开所述脱离接合位置至所述第一接合位置以使得所述另一个构件沿着第一转动方向转动，所述第二电磁场驱策所述第一棘爪和所述第二棘爪离开所述脱离接合位置至所述第二接合位置以使得所述另一个构件沿着与所述第一方向相反的第二转动方向转动。

10.根据权利要求9所述的双向离合器，其中，所述内构件联接至驱动装置，所述外构件联接至从动装置。

11.根据权利要求9所述的双向离合器，其中，所述外构件联接至驱动装置，所述内构件联接至从动装置。

12.根据权利要求9所述的双向离合器，还包括第一安装销和第二安装销，所述第一安装销和所述第二安装销从所述一个构件延伸并支撑所述第一棘爪和所述第二棘爪中的对应棘爪，所述第一安装销和所述第二安装销限定出用于所述第一棘爪围绕所述第二转动轴线枢转的枢转点和用于所述第二棘爪围绕所述第三转动轴线枢转的枢转点。

13.根据权利要求9所述的双向离合器，其中，所述第一棘爪包括：

沿径向延伸的茎部；和

沿周向延伸的臂部，该臂部在所述第一棘爪的第一端部处联接至所述茎部。

14.根据权利要求13所述的双向离合器，还包括安装销，该安装销从所述一个构件在所述茎部的径向内端部和径向外端部之间延伸经过所述茎部，所述安装销限定出所述第一棘爪围绕所述第二转动轴线枢转的枢转点。

15.根据权利要求13所述的双向离合器，其中，所述臂部限定出在所述臂部的相对周向端部处的第一离合器接合表面和第二离合器接合表面，所述第一离合器接合表面被构造成用以接合所述另一个构件中的所述第一棘爪接合表面，并且所述第二离合器接合表面被构造成用以接合所述另一个构件中的所述第二棘爪接合表面。

16.根据权利要求9所述的双向离合器，其中，所述电磁促动器与所述第一对磁体和所述第二对磁体沿轴向对准。